叶面喷施硅肥对水稻农艺性状和抗性的影响

张 阳，赵 瑞，刘士广，玄元虎*，梅 琼*

（1.沈阳农业大学植物保护学院，沈阳 110866；2.保光科技发展有限公司, 天津 301700）

硅元素是水稻（Oryza sativaL.）生长发育不可缺少的元素，叶片和茎秆中约含10%～20% 的二氧化硅［1］。国际土壤界认为，硅是继N、P、K之后第四种植物营养元素［2-3］，其中水稻对硅元素需求较大。缺硅使水稻穗中糖类合成减少，同时细胞分裂及细胞壁形成受阻。因此，缺硅会导致水稻穗的生长迟缓、穗数减少以及育性下降［4］。施用硅肥可促使水稻叶夹角变小，使植株生长更为紧凑，提高成株植物光合效率，增加有效分蘖数。施用硅肥还可有效提升磷吸收，抑制钾吸收，增加有效穗数及实粒数［5-8］。有研究认为，施用硅肥主要通过增加水稻的有效穗数及每穗的实粒数来实现增产，而对千粒重的影响并不是很显著［9-10］。而李卫国等［6］的研究结果表明，施用硅肥达到高产是通过同时影响水稻千粒重、穗粒数、有效穗数及结实率的增加而达到的。另外，施用硅肥可使水稻基部节间距离减小，并提高茎叶中表皮细胞的硅质化程度，使茎秆的粗壮程度和直立度增加［11-18］，从而提高水稻的抗倒伏能力和抗病防虫能力［19-21］。已有研究表明，施用硅肥可提高水稻对纹枯病、白叶枯病、稻飞虱、稻纵卷叶螟、叶螨及跳虫等病虫害的抗性，这是因为水稻吸收硅元素后可形成硅化细胞抵御病原菌和昆虫的侵入，从而起到物理屏障的作用［22-28］。如施用硅肥后的水稻可延缓螟虫刺入叶片的时间［28］。除此之外，硅介导的抗性增强机制还包括：1）提高抗性相关酶活性，如多酚氧化酶、过氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶；2）诱导抗菌物质的合成，如黄酮类、酚类、植物抗毒素和病程相关蛋白；3）调节抗病相关信号途径，如水杨酸、茉莉酸和乙烯介导的信号途径［28-30］。

生产中一般将硅肥施用于土壤中，而叶面硅肥对水稻生产的影响研究较少。为明确叶面施用硅肥对水稻产量和抗病虫的作用，本研究拟通过田间的水稻叶片施用硅肥试验和施用硅肥后的离体水稻叶片试验，探究施用水溶性硅肥对水稻的农艺性状和抗病虫性的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试水稻品种：稻花香4号（Oryza sativaL.）。

菌种：立枯丝核菌（Rhyzoctonia solani）小种AG1-IA，由本实验室保存。

硅肥：喜施达离子硅酸矿物肥（含硅量45.000 g/L），由天津保光科技有限公司提供。

1.2 试验方法

1.2.1 人工接种

水稻种子先用0.6%过氧化氢浸泡30 min进行表面消毒，再用蒸馏水冲洗2遍以洗掉表面的过氧化氢，然后浸泡在蒸馏水中并置于30℃恒温培养箱催芽。将土和基质土（体积比为2∶1）混合后装于育苗盘中，然后将出芽的种子在育苗盘里培养，20 d后对长出的水稻叶面喷施硅肥，每两天喷一次，持续施用硅肥3周后接种立枯丝核菌（Rhyzoctonia solani）小种AG1-IA。菌株使用前需活化，首先将4℃保存的菌株取出并在超净工作台内接种于装有马铃薯葡萄糖琼脂（potato dextrose agar，PDA）培养基的培养皿，将培养皿置于26℃培养箱中连续培养2～3 d，待菌丝长满培养皿后用0.7 cm灭菌的打孔器在菌落边缘打取菌饼。接菌前先在灭菌的培养皿中放入2张用无菌水浸湿的已灭菌滤纸，将稀释200倍、500倍处理（喜施达硅肥原液的硅质量浓度为45.000 g/L，稀释200倍后硅的终质量浓度为0.225 g/L，稀释500倍后硅的终质量浓度为0.090 g/L）和对照（清水处理）的叶片（倒三叶）剪成大小均等的3份，叶背朝上分别摆放在培养皿中的滤纸上，用灭菌的牙签在每片叶子的中部位置扎一个小孔，放置一个菌饼，将不同处理的培养皿放置于温度27℃、湿度90%的培养室中培养，每个处理重复3次。

1.2.2 田间试验设计

在苗期（分别在两叶一心期和移栽前一周）将水溶性硅肥稀释后（硅肥原液的硅质量浓度为45.000 g/L，将其用清水稀释2 000倍，以15 kg喷雾器为例，添加7.5 mL原液，使硅的终质量浓度为0.023 g/L）喷施叶面。分别在移栽缓苗后、拔节孕穗期和灌浆初期进行大田喷施（将水溶性硅肥稀释1 000倍后再喷施，稀释方法同上，硅终质量浓度为0.045 g/L）。对照组用清水进行叶面喷施。每次喷施后分别对处理组和对照组进行观察记载。水稻成熟后对处理组和对照组进行相关指标和产量测定。

1.2.3 数据处理

采用Graphpad Prism8对水稻纹枯病病斑长度进行分析，不同处理组和对照组使用t-test进行显著性差异分析（0.01

2 结果与分析

2.1 “喜施达”离子硅酸矿物肥对水稻生长的影响

叶面喷施硅肥的处理组与清水处理的对照组相比，叶片绿色更深（图1），茎秆更粗壮（增加14.80%），植株更高（增加6.68%），且没有纹枯病发生，而对照组植株则有发病（表1）。处理组与对照组的分蘖数虽然差异不显著，但有增加的趋势（表1、2）。这表明叶面喷施水溶性硅肥对水稻的生长发育和对纹枯病的抗性具有积极的促进作用。

图1 水稻叶面喷施硅肥后的现象Fig.1 Phenotype of rice plants after spraying silicon fertilizer on their leaves

表1 “喜施达”离子硅酸矿物肥对苗期水稻农艺性状的影响Tab.1 Effects of “Xishida” ionic silicic acid mineral fertilizer on agronomic traits in rice

表2 “喜施达”离子硅酸矿物肥对盆栽水稻分蘖的影响Tab.2 Effects of “Xishida” ionic silicic acid mineral fertilizer on tillering of rice in the pot

2.2 “喜施达”离子硅酸矿物肥对水稻产量的影响

对3个不同田块的水稻进行调查统计，结果发现，与对照组相比，处理组的有效穗数增加6.80%，实粒数增加6.00%，千粒重增加10.40%，产量增加24.33%（表3）。方差分析的结果表明，与对照相比，虽然处理组的每穴穗数和每穗实粒数没有显著性差异，但是有增加的趋势（处理组的每穴穗数平均值是17.37，对照组的平均值是16.27；处理组的每穗实粒数平均值是95.69，对照组的平均值是90.26），而千粒重则差异显著。本试验证明了叶面喷施水溶性硅肥确实能够提高水稻产量，且增产的主要原因是穗数、实粒数及千粒重的增加。

表3 “喜施达”离子硅酸矿物肥对水稻产量的影响Tab.3 Effects of “Xishida” ionic silicate mineral fertilizer on rice yield

2.3 “喜施达”离子硅酸矿物肥对水稻的抗性影响

田间病害调查数据表明（表4），与对照组相比，施用硅肥处理组的二化螟蛀虫数降低67.00%，纹枯病未发生或轻度发生，而对照组为中度发生。处理组与对照组均未发生穗颈瘟。处理组水稻倒伏率为5.22%，而对照组为90.56%。该结果说明，叶面喷施水溶性硅肥提高了水稻对二化螟和纹枯病的抗性，并且显著增强抗倒伏能力。

表4 “喜施达”离子硅酸矿物肥对水稻的抗性的影响Tab.4 Effects of “Xishida” ionic silicate mineral fertilizer on rice resistance

进一步对施用硅肥的水稻叶片离体接种纹枯病，对接菌后0～144 h的叶片发病情况进行统计，其中在接菌72 h后的抗病效果较为显著（图2）。硅肥稀释200倍和500倍的处理组的水稻叶片发病程度显著低于对照组（图2a），其中将硅肥稀释500倍的处理组的抗病效果要好于稀释200倍处理组水稻。用Graphpad Prism8软件进行数据分析，对照组平均病斑面积为7.8 cm2，而硅肥稀释200倍处理的叶片病斑面积平均为2.4 cm2，是对照病斑面积的30.80%，差异显著（P<0.05）。 硅肥稀释500倍处理的叶片病斑面积平均为1.0 cm2，是对照面积的12.80%，差异极显著（P<0.01）。

图2 叶面喷施水溶性硅肥对水稻抗纹枯病的影响Fig.2 Effects of foliar spraying water-soluble silicon fertilizer on rice sheath blight resistance

3 讨论

已有的研究结果表明，硅肥在水稻生长发育中起重要作用［32］。缺硅会导致僵苗、水稻穗数减少、穗的生长迟缓、水稻育性和品质的下降［4，20］。喷施硅肥可促进水稻分蘖，增加有效穗数，提高成穗率，增强光合作用，并可通过增加细胞壁及维管束的厚度来增加茎秆充实度，从而抗倒伏［1，18，22，25］。本研究在田间对稻花香4号叶面喷施“喜施达”离子硅酸矿物肥，结果显示，与对照组相比，施用硅肥的植株颜色更深绿，株高增加，茎秆更粗壮、抗倒伏能力显著增强，且分蘖数增多，这与前人研究结果基本一致［11-14，19-21］，说明施用硅肥确实对水稻的生长具有促进作用［17-18］。本试验选取的稻花香4号水稻材料的一个最大的缺点是不抗倒伏，所以“喜施达”离子硅酸矿物肥的施用可以给“稻花香4号”的推广种植提供保障。

国内外关于水稻施用硅肥可以增产的报道有很多，如李卫国等［6］的研究表明，在施用硅肥的情况下，可有效提升水稻对磷的吸收，抑制对钾的吸收，进而增加水稻的有效穗数及实粒数，使水稻产量提高。为了探究硅肥是如何对水稻产量产生的影响，本研究对处理组及对照组水稻产量构成因素（每株的穗数、每穗的粒数及千粒重）进行测量比较。结果表明，与对照组相比，叶面喷施硅肥能够提高水稻的穗数、每穗的实粒数及千粒重进而提高水稻产量。

另外硅肥能够提高水稻对生物胁迫的抗性［19，27］，施用硅肥后的水稻可延缓害虫的刺入，从而增强对稻飞虱、稻纵卷叶螟、叶蟎及跳虫等昆虫的抵抗力［4，30］。Winslow等［13］研究发现，水稻病害的严重程度和组织的含硅量呈负相关，认为硅可在水稻叶片中沉积并与表皮细胞形成硅化细胞，从而起到物理屏障的作用，另外还能减缓真菌通过酶对细胞壁的降解［13，33］。本研究发现稻花香4号叶片表面喷施硅肥能够明显提高对二化螟和纹枯病的抗性，这与前人的研究结果一致。虽然施用硅肥能够促进水稻生长，提高产量和增强水稻对生物、非生物因素的抗性，但是内在机理却未被阐明，需要进一步深入的研究。

本研究结果表明，叶面喷施稀释的离子硅肥矿物质悬浮液，可提高水稻产量和抗病虫效果。这与土壤中使用固体硅肥相比，大大减少了硅肥的使用量，有效提高了硅的利用效率。纹枯病是我国近几年水稻生产中发病面积和防治面积最大的病害［34］。而二化螟是主要的水稻害虫，单纯通过农药防治成本高、效果有限，且对环境造成污染。抗病品种的培育是经济有效的防治手段，但是目前缺乏可利用的抗病品种。我们的研究结果表明，叶面施用水溶性硅肥可显著提高水稻对纹枯病和二化螟的抗性并提高产量。本研究对今后水稻高产稳产和持续发展绿色农业具有重要的意义。